12.4 热机与社会发展 课件-2025-2026学年沪粤版物理九年级上学期

该初中物理课件围绕“热机与社会发展”，系统涵盖热机能量转化、汽油机工作原理、效率及环境影响等核心知识。通过试管烧水冲软木塞实验导入，从热机模型逐步过渡到定义、种类，再深入汽油机四冲程工作过程，搭建连贯的知识学习支架。 其亮点在于以实验探究为基础，结合模型建构与科学推理，如通过软木塞实验直观展示能量转化，用表格对比汽油机与柴油机差异，强化物理观念与科学思维。融入热机效率计算及环保分析，培养学生科学态度与责任，助力学生理解知识应用，也为教师提供清晰教学脉络与实例，提升教学效果。

第十二章 内能与热机 第4节 热机与社会发展 1 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 1.知道热机工作时的能量转化过程. 2.了解汽油机的工作原理和工作过程. 3.通过对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树 立效率意识和环保意识. 学习目标 2 1.热机模型 如图所示，在试管内装适量的水，用软木塞塞 住试管口（不要塞得太紧，以防试管炸裂）， 用酒精灯加热，使水沸腾起来，水蒸气会把 软木塞冲出去. 酒精燃烧的过程是酒精的化学能转化为内能的 过程.酒精燃烧时放出的热量传递给水，水吸收热量内能 新知探究 3 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 增加，温度逐渐升高直至沸腾，产生大量的水蒸气；水 蒸气越来越多，对软木塞的压力越来越大，最后将软木 塞冲出试管口.此过程水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内 能转化为软木塞的机械能. 上面的装置就是一个简单的热机模型，热机的 特点是将燃料的化学能转化为内能，然后通过做功，把 内能转化为机械能. 新知探究 2.热机 （1）热机：我们把将燃料燃烧时释放的内能转化为机械 能的装置叫做热机. （2）根据热机的定义可知，判断某个装置是否属于热机 的关键在于确定其工作过程中的能量转化是否符合以下 能量流程图. 新知探究 5 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 3.热机的作用 （1）能量转换：将燃料燃烧产生的内能转化为机械能， 驱动设备运转. （2）动力提供：为汽车、飞机、船舶等交通工具提供动力. （3）发电：在发电厂中，热机驱动发电机产生电能. （4）工业生产：驱动压缩机、泵等工业设备. 新知探究 6 4.热机的种类 热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮 机、喷气发动机和火箭发动机等. 新知探究 7 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 典例1 热机是否被广泛使用已成为一个国家工业化程度 高低的判断标准之一.下列机械不是使用热机的是( ) C A.普通的家用轿车 B.喷气式战斗机 C.电动公交车 D.“神舟”火箭 [解析] 电动公交车是利用电能来获得动力的，没有使用 热机；普通的家用轿车、喷气式战斗机和“神舟”火箭都是 利用燃料燃烧产生的内能来做功的，都是把内能转化成 机械能的装置，它们都使用了热机. 新知探究 8 内燃机的特点是燃料在机器内部燃烧， 产生高温、高压的燃气推动活塞运动. 根据其使用的燃料不同，可分为汽油 机和柴油机. 1.汽油机：用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而 将内能转化为机械能的一种热机. 新知探究 知识点2 汽油机 9 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 2.构造：汽油机的主要构造如图所示. 部件名 称 作用 进气门 汽油和空气形成的燃料混合物的进口 排气门 燃料燃烧后,废气的出口 火花塞 点火装置，能产生电火花，使燃料混合物猛烈 燃烧 新知探究 知识点2 汽油机 10 部件名称 作用 气缸 汽油在气缸的顶部燃烧,从而产生高温、高压燃气 活塞 在气缸内，在压缩冲程中，活塞向上运动，将 飞轮的机械能转化为汽油和空气混合气的内 能；在做功冲程中，燃料燃烧产生的高温、高 压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机 械能 新知探究 知识点2 汽油机 11 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 部件名 称 作用 连杆和 曲轴 连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置 （图中未画出）跟工作机相连，将活塞的动力 传给工作机 新知探究 知识点2 汽油机 12 3.工作过程 （1）冲程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动， 活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程 （也叫做“行程”）. 新知探究 知识点2 汽油机 13 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 （2）汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸 气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，通过四个冲 程的不断循环来连续工作.工作过程如表所示. 1.吸气冲程 ______________________________________________ 2.压缩冲程 ____________________________________________ 新知探究 知识点2 汽油机 14 _________________________________________________ 4.排气冲程 ______________________________________________________ 3.做功冲程 新知探究 知识点2 汽油机 15 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 总结:汽油机在完成一个工作循环的过程中，共经历四个 冲程，活塞往复运动两次（曲轴旋转两周），对外做功 一次，我们简记为“一四二一”. （3）汽油机工作过程中的能量转化情况可用下图来表示： 新知探究 知识点2 汽油机 16 在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三 个冲程为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来 完成动作. 新知探究 知识点2 汽油机 17 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 典例2 （教材习题改编，无锡中考）四冲程汽油机的工 作循环中，主要将机械能转化为内能的冲程是( ) B A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 新知探究 知识点2 汽油机 18 [解析] 汽油机的四个冲程中只有两个冲程伴随有能量的 转化.一是压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合 物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化 为混合气体的内能；二是做功冲程中，火花塞冒出电火 花，将混合气体点燃，形成高温高压的气体，推动活塞 运动，高温高压的气体的内能转化为活塞运动的动能. 新知探究 知识点2 汽油机 19 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 1.热机工作时的能流图 如图所示是热机的能量流向图，由于燃料 不可能完全燃烧，而且还有废气带走很大 一部分能量，再加上机器散热的损失和机 器克服摩擦做的额外功，所以热机在工作时，只有很少 一部分能量转化为有用的机械能. 新知探究 知识点3 热机的效率 20 2.热机的效率 （1）定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完 全燃烧时放出的能量之比，叫做热机的效率. （2）公式： （用来做有用功的能量） （燃料完全燃烧放出的能量） 新知探究 知识点3 热机的效率 21 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 （3）由于许多能量损失是无法避免的，所以燃料完全燃 烧所放出的能量不可能全部转化为有用的机械能，故热 机的效率总是小于1.汽油机的效率为 . 新知探究 知识点3 热机的效率 22 教材拓展 常用的热效率计算公式 （1）热机：内能<m></m> 机械能， <m></m><m></m>或<m></m>. （2）煤炉：化学能<m></m> 内能， <m></m><m></m>或<m></m>. 新知探究 知识点3 热机的效率 23 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 （3）太阳能热水器：太阳能 内能， 新知探究 知识点3 热机的效率 24 3.提高热机效率的途径 （1）使燃料充分燃烧. （2）尽量减少废气带走的能量. （3）在热机的设计和制造上，采用先进技术. （4）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整零 件之间的间隙，减小因克服摩擦造成的机械能损失. 新知探究 知识点3 热机的效率 25 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 教材拓展 柴油机 1.柴油机是以柴油为燃料的内燃机，它的工作原理和汽油 机相同，一个工作循环同样也是由吸气、压缩、做功和排 气四个冲程组成.在一个工作循环中，曲轴转动两周，活 塞往复两次，对外做功一次，如图所示. 新知探究 知识点3 热机的效率 26 2.柴油机的构造和汽油机相似，但气缸的顶部没有火花塞， 而是装有喷油嘴.所以在吸气冲程中吸入气缸的只是空气， 在压缩冲程结束时，喷油嘴会喷出雾状柴油到气缸内， 此时气缸内温度很高，雾状柴油直接燃烧起来.柴油机的 效率可达 . 新知探究 知识点3 热机的效率 27 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 3.柴油机与汽油机的区别 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 点燃式 压燃式 吸气冲程 吸入汽油和空气 吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小，气缸 内温度升高 压缩程度较大，气缸 内温度更高 新知探究 知识点3 热机的效率 28 汽油机 柴油机 特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高 常见应用 小汽车、摩托车等小 型机械 载重汽车、火车等大 型机械 新知探究 知识点3 热机的效率 29 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 1.热机对环境的负面影响 （1）温室气体排放：热机燃烧化石燃料时会产生大量二 氧化碳<m></m>，这是主要的温室气体之一，导致全球气候 变暖.此外，还会排放甲烷和氮氧化物，这些气体也会加 剧温室效应. 新知探究 知识点4 热机与环境 30 （2）空气污染：热机燃烧过程中会产生有害物质，如一 氧化碳、氮氧化物、硫氧化物 和颗粒物 .这些污染物对人体健康有害，可能导致呼吸系统疾 病、心血管疾病等.氮氧化物和硫氧化物还会导致酸雨， 破坏生态系统. （3）噪声污染：热机运行时会产生噪声，尤其是柴油机 和燃气轮机，对周围环境和居民生活造成干扰. 新知探究 知识点4 热机与环境 31 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 （4）资源消耗：热机依赖化石燃料（如石油、煤、天然 气），这些资源不可再生，过度开采会导致资源枯竭.化 石燃料的开采和运输也会对环境造成破坏，如石油泄漏、 土地破坏等. 新知探究 知识点4 热机与环境 32 2.热机与环境的可持续发展 （1）提高热机效率：通过优化设计（如涡轮增压）和材 料改进，提高热机的热效率，减少燃料消耗和排放. （2）清洁燃料：使用清洁燃料替代传统化石燃料，减少 污染物排放. 生物燃料和合成燃料可以减少碳排放，因为 它们来源于可再生资源. 新知探究 知识点4 热机与环境 33 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 （3）混合动力和电动化：混合动力技术将热机与电动机 结合，减少燃料消耗和排放.纯电动汽车和氢燃料电池汽 车可以完全摆脱对化石燃料的依赖，实现零排放. （4）可再生能源：发展太阳能、风能、水能等可再生能 源，减少对热机的依赖. 新知探究 知识点4 热机与环境 34 典例3 下列关于热机和环境保护的说法正确的是( ) A A.热机的大量使用会造成环境污染 B.热机都是用汽油作燃料 C.汽车排出的尾气全部都是有害气体 D.蒸汽机是用蒸汽作燃料的热机 新知探究 知识点4 热机与环境 35 订阅物理科普杂志拓展视野。特别是能量转换的效率问题。实验前先预测可能的结果。物理数据的可视化呈现物理问题的开放讨论，包括温度计的工作原理。针对物理这门实验性学科，通过画图辅助问题分析。包括物态变化的能量分析。物理理论的实验局限将知识应用于生活才是真掌握。物理数据的异常处理，多观察生活中的物理现象。包括温度计的工作原理。物理概念的历史演变，建立物理直觉需要反复练习。良好的数理基础是必备条件。 [解析] 热机在使用时会排放出一些有害气体和粉尘， 污染环境； 汽油机燃烧汽油，其他热机有的燃烧柴 油，有的燃烧煤，还有的燃烧氢； 汽车排放的尾气 中有氮氧化合物等有害气体，也有水蒸气等无害气体； 蒸汽机是用煤等作燃料的热机. 新知探究 知识点4 热机与环境 36 课堂小结 37 $